110kV输电线路零序电流保护设计.doc

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1、辽 宁 工 业 大 学电力系统继电保护课程设计（论文）题目：110kV输电线路零序电流保护设计（5）院（系）： 电气工程学院 专业班级： 电气104 学 号： 100303135 学生姓名： 付瑶 指导教师： （签字）起止时间： 课程设计（论文）任务及评语院（系）：电气工程学院 教研室：电气工程及其自动化学 号100303135学生姓名付瑶专业班级电气104课程设计（论文）题目110kV输电线路零序电流保护设计（5）课程设计（论文）任务ZT4=60ZT3=60ZT2=10ZG2=18ZT1=10321ZG1=18Z1.CD=40Z0.CD=80Z1.BC=20Z0.BC=40Z0.AB=40A

2、Z1.AB=20DCB系统接线图如图：课程设计的内容及技术参数参见下表设计技术参数工作量,系统中各元件及线路的负序阻抗与正序阻抗相同,其他参数见图。计算最大和最小零序电流，应根据当Z1Z0时，则有；反之，当Z1Z0时，则有。1计算B母线、C母线、D母线处正序（负序）及零序综合阻抗Z1、Z0。2计算B母线、C母线、D母线处发生单相或两相接地短路时出现的最大、最小零序电流。3整定保护1、2、3零序电流I段的定值，并计算各自的最小保护范围。4当 B母线上负荷变压器始终保持两台中性点都接地运行时，整定保护1、2零序定值，并校验灵敏度。5整定保护1零序段定值，假定母线D零序过电流保护动作时限为0.5s，

3、确定保护1、2、3零序过电流保护的动作时限，校验保护1零序段的灵敏度。5绘制零序三段式电流保护的原理接线图。并分析动作过程。6. 采用MATLAB建立系统模型进行仿真分析。续表进度计划第一天：收集资料，确定设计方案。 第二天：综合阻抗Z1、Z0计算。第三天：计算最大、最小零序电流。 第四天：整定保护1、2、3零序电流I段。第五天：整定保护1、2零序段。 第六天：整定保护1零序段定值 第七天：绘制保护原理图。 第八天：MATLAB建模仿真分析。第九天：撰写说明书。 第十天：课设总结，迎接答辩。指导教师评语及成绩平时： 论文质量： 答辩： 总成绩： 指导教师签字： 年 月 日注：成绩：平时20%

4、论文质量60% 答辩20% 以百分制计算摘 要我国110kV及以上的电力系统均为大电流接地系统，单相接地短路将产生很大的故障相电流和零序 电流。三相式保护虽然对接地短路有保护作用。但该保护的动作电流必须大于最大负荷电流。因而灵敏度往往不够。所以必须采用零序电流保护装置作为接地保护是必要的。零序电流保护分为四段式，分别为主保护段，段。后备保护段，段。在本设计当中，计算部分首先确定系统的最大最小运行方式，再通过零序电流保护的各段的整定原则计算出保护1、2、3的无时限零序电流保护的动作电流和动作时限整定值，算出各自的最小保护范围以完成灵敏度的校验。之后计算出保护2，3的带时限零序电流保护的动作电流值

5、，然后通过最小运行方式校验带时限电流保护的灵敏度。最后对保护1的进行零序三段的整定计算。图形部分画出零序电流保护的原理图以及展开图。并介绍了方向性零序保护的原理图。系统控制部分设计了对零序电流保护的控制。并分析了动作过程。关键词：零序电流；单相接地；灵敏度；原理图目 录第1章 绪论5第2章 输电线路零序电流保护整定计算62.1 零序电流段整定计算62.1.1 零序电流段动作电流的整定62.1.2 灵敏度校验62.1.3 动作时间的整定62.2 零序电流段整定计算72.3零序电流段整定计算7第3章 零序保护原理图的绘制与动作过程分析8第4章 MATLAB建模仿真分析9第5章 课程设计总结10参考

6、文献11第1章 绪论1.1 零序电流保护的概况本文是针对110kV输电线路采用零序电流保护的方法进行的继电保护设计。在正常负荷下，零序电流没有或者很小；当发生接地故障时，就一定有零序电流产生。据统计，接地短路故障约占总故障次数的93%。所以，采用零序电流保护装置作为接地短路保护是必要的。零序电流保护装置简单，动作电流电流小，经济可靠，灵敏度高，正确动作率高。因此零序电流保护在中性点直接接地的高压，超高压输变电系统中的到了广泛的应用。零序电流I段保护的动作原则是：（1）躲过本线路末端接地短路时的最大三倍零序电流。(2)躲断路器三相触头不同时合闸而出现的最大零序电流。 整定值应选取较大的一个。灵敏

7、I段是按条件（1）或（2）整定。零序电流II段保护的动作原则是：与相邻线路零序电流I段配合。灵敏性校验的原则是按本线路末端发生接地故障时最小零序电流校验。要求灵敏度大于等于1.5。若不满足要求，改与相邻线段配合。零序电流III段保护的动作原则是：躲下级线路出口三相短路时流过保护装置的最大不平衡电流。灵敏性校验遵循的原则是：近后备按被保护线路末端短路时，流过保护的最小三倍零序电流校验。远后备按相邻线路末端短路时，流过保护的最小三倍零序电流校验。动作时间按阶梯时限原则来选择 应用零序电流保护的优点是零序过电流保护的灵敏度高，受系统运行方式的影响要小，不受系统振荡和过负荷的影响，方向性零序电流保护没

8、有电压死区，简单、可靠。零序电流的分布与变压器中性点接地的多少和位置有关；大小与线路及中性点接地变压器的零序阻抗有关。在同一线路上的零序过电流保护与相间短路的过电流保护相比，将具有较小的时限，这是零序过电流保护的一大优点。零序电流保护的缺点是对短线路或运行方式变化很大时，保护往往不能满足要求，单相重合闸的过程中可能误动，当采用自耦变压器联系两个不同电压等级的电网时，将使保护的整定配合复杂化，且将增大第III段保护的动作时间。1.2 本文主要内容1.计算B母线、C母线、D母线处正序（负序）及零序综合阻抗Z1、Z0。2计算B母线、C母线、D母线处发生单相或两相接地短路时出现的最大、最小零序 电流。

9、3整定保护1、2、3零序电流I段的定值，并计算各自的最小保护范围。4当 B母线上负荷变压器始终保持两台中性点都接地运行时，整定保护1、2零序定值，并校验灵敏度。5整定保护1零序段定值，假定母线D零序过电流保护动作时限为0.5s，确定保护1、2、3零序过电流保护的动作时限，校验保护1零序段的灵敏度。6绘制零序三段式电流保护的原理接线图。并分析动作过程。第2章 输电线路零序电流保护整定计算2.1 零序电流段整定计算系统接线图如图：ZT4=60ZT3=60ZT2=10ZG2=18ZT1=10321ZG1=18Z1.CD=40Z0.CD=80Z1.BC=20Z0.BC=40Z0.AB=40AZ1.AB

10、=20DCB图2.1 系统接线图一、计算各母线处正序（负序）和零序综合阻抗 ，（1）当、均投入运行时：图2.2等值正序（负序）网络图 图2.3等值零序网络图B母线： C母线: D母线：（2） 当、投入运行时: 图2.4等值正序（负序）网络图图2.5等值零序网络图B母线： C母线：D母线：（3）当、投入运行时图2.6等值正序（负序）网络图图2.7等值零序网络图B母线：C母线：D母线：（4）当、投入运行时图2.8等值正序（负序）网络图图2.9等值零序网络图B母线：C母线：D母线：二、计算B、C、D母线处发生单相或两相接地短路时出现的最大、最小零序电流（1）当、均投入运行时B母线：C母线：D母线：（

11、2）当、投入运行时B母线：C母线：D母线：（3）当、投入运行时B母线：C母线：D母线：（4）当、投入运行时B母线：C母线：D母线：2.1.1 零序电流段动作电流的整定一、 保护1零序电流I段（1） 、运行 因为 所以取两相接地短路（2） 、运行 因为 所以取两相接地短路 所以最大运行方式为：、运行 保护1的I段动作电流为：二、 保护2零序电流I段（1）、运行 因为 所以取单相接地短路（2） 、运行 因为 取单相接地短路所以最大运行方式为：、运行保护2的I段动作电流为：三、保护3零序电流I段（1） 、运行因为取单相接地短路 （2） 、运行 因为取单相接地短路所以最大运行方式为：、运行保护3的I段

12、动作电流为：2.1.2 灵敏度校验一、保护1的最小保护范围计算设 （），则(1)、运行 取单相接地短路得，满足灵敏度要求(2)、运行 取单相接地短路得，满足灵敏度要求 根据、，最小运行方式为：、运行 保护1的I段最小可以保护线路AB全长的33.6%二、保护2的最小保护范围计算设 （），则（1）、运行 取单相接地短路得，满足灵敏度要求（2）、运行 取单相接地短路得，满足灵敏度要求 根据、，最小运行方式为：、运行 保护2的I段最小可以保护线路BC全长的16%三、保护3的最小保护范围计算设 （），则（1）、运行 若 ,则取单相接地短路得，满足灵敏度要求此时，与矛盾所以，取两相接地短路得，满足灵敏度要

13、求（2）、运行若 ,则取单相接地短路得，满足灵敏度要求此时，与矛盾所以，取两相接地短路得，满足灵敏度要求 根据（1）、（2），最小运行方式为：、运行 保护3的I段最小可以保护线路CD全长的34.65%2.1.3 动作时间的整定断路器1QF处无时限电流速断保护的动作时间为：断路器2QF处无时限电流速断保护的动作时间为：电路器3QF处无时限电流速断保护的动作时间为：2.2 零序电流段整定计算保护1的段与保护2的I段配合，保护1的分支系数 灵敏度校验：最小运行方式为、运行流过保护1的最小零序电流 不满足灵敏度要求所以，保护1的段与保护2的段配合，保护2的分支系数满足灵敏度要求所以，保护1的段动作电流

14、：保护1的段动作时间与保护2的段动作时间配合：2.3零序电流段整定计算保护1的段与保护2的段配合灵敏度校验：最小运行方式为、运行作为近后备：满足灵敏度要求作为远后备：满足灵敏度要求已知母线D零序过电流保护动作时限为0.5s所以保护1的段零序电流保护的动作时间与保护2的段动作时间配合：第3章 方向性零序电流保护3.1 方向性零序保护的特点及原理图变压器的零序方向过电流保护是为防止电力变压器出现单项短路或负载严重不平衡而安装的保护电路，在变压器出现单项短路或负载严重不平衡切断高压输出柜，使变压器断电，达到保护变压器和线路安全的目的。通常保护值设为额定电流的25%。 零序功率方向保护原理是利用故障线

15、路零序电流滞后零序电压90。，非故障线路零序电流超前零序电压90。的特点来实现的。即零序功率方向保护是利用故障线路和非故障线路的保护安装处零序电流方向相反的特点构成。用于零序电流保护不满足要求和接线复杂的网络中。目前采用这一原理实现的装置在实际电网中应用较多，但对中性点经消弧线圈接地的系统此原理无效。是针对中性点非直接接地系统中单相接地保护的装置。 图3.1 静态功率方向继电器图3.2 整流型和晶体管型零序功率方向继电器3.2 零序电流的获取方法 在电力系统架空线路上的零序电流一般用零序电流过滤器获得，如图所示。图中，三个相的电流互感器采用相同的型号和变比，按图所示的极性接线，当架空线发生接地

16、故障时，零序电流过滤器将输出零序电流.图3.3 零序电流过滤器 如图所示的是用零序电流互感器方式取出线路中的零序电流，它用于电缆线路取出零序电流。零序电流互感器有一个铁芯，三相电缆线穿过其铁芯，从铁芯上的二次绕组取出线路故障电流中的零序电流。故障零序电流互感器不存在因为三相电流互感器激磁电流不对称产生的不平衡电流，而只有三相电缆对铁芯不对称而产生的不平衡电流，但其值较小。图3.4 零序电流互感器第4章 零序保护原理图的绘制与动作过程分析4.1 零序电流保护的原理图QFTA图4.1 零序电流保护原理图4.2 零序电流保护的展开图如图4.2是零序电流保护的交流回路TAcTAa1KA3KA5KA2K

17、A4KA6KA图4.2 交流回路如图4.3是零序电流保护的直流电路 图4.3 直流回路如图4.4是零序电流保护的信号回路WSP3KS1KS2KSWAUX图4.4 信号回路4.3 动作过程的分析已知各保护的保护范围：1QF：I段AM，段AP，段C母线以后2QF：I段BN，段、段C母线以后3QF： C母线以后 若在AM线路中发生AB短路，则故障是由保护1QF的I段切除的。各继电器的动作情况为发生短路各电流继电器动作，但由于是发生AB相短路，所以反应C相的2KA,4KA,6KA不动作。又因为是由保护1的I段切除的，所以KM,1KS动作。而除电流继电器的其它继电器都不动作。若在BN线路中发生AB短路，

18、则故障是由保护2QF的I段切除的。各继电器的动作情况与上述判断方法一致。即2KA,4KA,6KA不动作，其它电流继电器动作。又是由保护2的I段切除的，所以KM,1KS动作，其它继电器不动作。若在MB线路中发生AB短路，则故障是由保护1QF的II段切除的。各继电器的动作情况为1KA,2KA,4KA,6KA不动作，其它电流继电器动作，因为由保护1QF的II段切除的，所以1KT,2KS动作，其它继电器不动作。第5章 MATLAB建模仿真分析5.1仿真模型的建立 用MATLAB仿真分析系统的电流电压变化过程：采用MATLAB软件中的Simulink工具箱，先进行图形模块的建立和联接，连入测量元件示波器

19、测量电流电压，再运行程序进行波形仿真。模块联接及仿真波形如图5.1和图5.2所示：图5.1 仿真模型5.2仿真结果及分析图5.2 系统仿真波形图5.3 系统仿真波形系统采用中性点不接地方式时，发生单相接地故障三相间线电压仍然对称，不必马上切除故障部分，提高了供电的可靠性。但是接地电流在故障处可能产生稳定或间歇性的电弧，将危害整个电网的安全运行。若系统改为直接接地，中性点会与故障点成短路回路，线路上将流过很大的短路电流，此时系统不能继续运行，需要迅速切除故障线路。若系统采用中性点经电阻接地，故障点电压、电流波形均得到改善。系统采用中性点经消弧线圈接地时，由于线圈可产生感性电流，与容性电流相互补偿

20、，减少故障的故障电流，可以提高供电的可靠性。第6章 课程设计总结本设计主要是针对输电线路零序电流保护的研究，内容主要为零序I段，II段III段的整定，方向电流保护的原理和零序电流保护的原理图以及展开图，并对其短路过程进行了分析，最后进行了MATERLAB仿真。零序电流保护I段的整定是按躲过本线路末端在最大运行方式下故障时，流过本保护的最大零序电流。零序II段是与相邻线路的零序I段动作电流相配合。零序III段按躲过被保护线路末端在最大运行方式下发生三相短路时，流过本保护的最大不平衡电流。零序功率方向保护原理是利用故障线路零序电流滞后零序电压90。，非故障线路零序电流超前零序电压90。的特点来实现

21、的。零序电流保护的原理图以及展开图是根据发生短路时继电保护装置的动作情况而画出的，展开图分为交流回路，直流回路，信号回路。最后运用MATERLAB知识对其进行了仿真实验。参考文献 1 于永源，电力系统分析（第二版），北京：中国电力出版社，2004 2何仰赞 电力系统分析（第三版）。武汉，华中科技大学出版社，2001 3陈强，MATLAB 全攻略宝典，北京：中国水利水电出版社，2000 4祝淑萍，电力系统分析课程设计，北京，中国电雷出版社，2007 5梅丽凤等编著单片机原理及接口技术清华大学出版社2009.7 6许建安 编著 电力系统微机继电保护中国水利水电出版社2003.6 7陈堂等编著 配电系统及其自动化技术 中国电力出版社2004.8 8赵晶 主编Prote199高级应用人民邮电出版社，2000：18-25 9何仰赞等 编著 电力系统分析 武汉：华中理科技学出版社，2002.3 10于海生 编著 微型计算机控制技术 清华大学出版社2003.4 11王士政主编 电网调度自动化与配网自动化技术中国水利水电出版社2007.3